Vorlesung Rechnernetze I Teil 3

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1 Vorlesung Rechnernetze I Teil 3 Wintersemester 2008/2009 Christian Grimm Fachgebiet Distributed Virtual Reality (DVR) Lehrgebiet Rechnernetze

2 Rückblick Teil 2 weitere Begriffserläuterungen Nachrichten, Daten, Information,... Kanalkapazität Nyquist, Shannon, Binärkanal Standardisierung klassisch im Internet Architekturmodelle ISO/OSI-Referenzmodell TCP/IP-Modell Christian Grimm 29. Oktober 2008 Folie 2

3 Überblick Teil 3 Schichtenmodelle Schnittstellen und Adressierung im TCP/IP-Modell Client/Server-Paradigma Protokoll-Basisfunktionen kti Anwendungen TELNET File Transfer Protocol Electronic Mail World Wide Web Christian Grimm 29. Oktober 2008 Folie 3

4 ISO/OSI-RM versus TCP/IP-Modell Schichtenmodelle für die weitere Vorlesung ISO/OSI-Referenzmodell TCP/IP-Modell Anwendung Application Präsentation Presentation Anwendung Application Sitzung Session Transport Transport Transport Transport Vermittlung Network Vermittlung Network Sicherung Data Link Sicherung Data Link Bitübertragung Physical Bitübertragung Physical das vereinfachtes TCP/IP-Modell mit vier Schichten wird nicht betrachtet Bitübertragungs- g und Sicherungsschicht werden dabei zu so genannter Netzwerkschicht zusammengefasst Begriff kollidiert allerdings mit Network Layer Christian Grimm 29. Oktober 2008 Folie 4

5 Schnittstellen im TCP/IP-Modell Anwendungssystem Transportsystem Application Sockets Transport Network Treiber Data Link Physical Anwendungsprozesse Betriebssystemprozesse Hardware Sockets Schnittstelle zwischen Betriebssystem und Anwendung Implementierung als Teil des Kernels (z. B. BSD UNIX oder Linux) als separate Bibliothek (SVR5 UNIX) Treiber Schnittstelle zwischen Betriebssystem und Hardware werden i. d. R. von den Herstellern der Hardware bereitgestellt Christian Grimm 29. Oktober 2008 Folie 5

6 Adressierung im TCP/IP-Modell Portnumber ID des Transportprotokolls IP-Adresse Hardware-Adresse Application Sockets Transport Network Treiber Data Link Physical Beispiel: 80 für HTTP, 25 für SMTP Beispiel: 6 für TCP, 17 für UDP Beispiel: für Host an Uni Hannover Beispiel: 00:03:6C:1C:56:96 (Ethernet-Interface der Firma Cisco) Konventionen für Adressvergabe Hardware-Adressen werden von Herstellern vergeben ursprünglich weltweit eindeutig inzwischen allerdings z. T. per Software konfigurierbar IP-Adressen werden von ICANN und nationalen Einrichtungen (DENIC) verwaltet hierarchische Struktur, Einteilung in Adressblöcke Einrichtungen verwalten Adressen innerhalb eines zugewiesenen Adressblocks selbständig IDs der Transportprotokolle werden von IANA weltweit eindeutig vergeben Portnumbers werden ebenfalls von IANA vergeben Einhaltung ist nicht zwingend, Programmierer entscheiden Port 80 muss nicht WWW sein Christian Grimm 29. Oktober 2008 Folie 6

7 Das klassische Client/Server-Paradigma Server bietet Clients einen bestimmten Dienst an wartet t auf eingehende Requests oder Queries von Clients sendet Replies oder Responses an Clients zurück Beispiele: WWW-Server, FTP-Server, Mailserver, Streaming Server, DNS-Server Anmerkung: ein Host kann auch mehrere Dienste gleichzeitig anbieten Client ruft durch einen Request oder Query einen Dienst vom Server ab wartet auf Reply oder Response des Servers Beispiele: WWW-Browser, FTP-Client, Mailreader, Streaming Player, (DNS nur indirekt) Anmerkung: ein Host kann auch mehrere Server gleichzeitig aufrufen Frage: welche Adressen des Servers muss der Client kennen? IP-Adresse des Servers Angabe durch Nutzer, symbolischer Name genügt Portnumber des Dienstes nach Konvention, durch Programmierer vorgegeben ID des Transportprotokolls nach Konvention, durch Programmierer vorgegeben Hardware-Adresse automatisch über Address Resolution Protocol (ARP) Christian Grimm 29. Oktober 2008 Folie 7

8 Poll-Dienste versus Push-Dienste bisher beschrieben: Poll-Dienste Server ist passiv wartet auf Requests Client ist aktiv und ruft Dienst vom Server ab gegenseitiger Austausch von Daten Push-Dienste Client ist passiv wartet auf Nachrichten Server sendet periodisch Nachrichten aus Clients empfangen Nachrichten und werten sie aus Daten werden nur vom Server zum Client gesendet Frage: woher kennt bei einem Push-Dienst der Server die Clients? Antwort: drei mögliche Varianten Adressen der Clients werden dem Server manuell vorgegeben Clients melden sich in einer einmaligen Initialisierungsphase beim Server an Server sendet per Broadcast Nachrichten an alle erreichbaren Clients im Netz Christian Grimm 29. Oktober 2008 Folie 8

9 Protokoll-Basisfunktionen Bedeutung Protokoll-Basisfunktionen Funktionen, die generell von einem Protokoll zur Verfügung gestellt werden können aber nicht: Funktionen, die ein Protokoll generell zur Verfügung stellen muss klassische Unterscheidung in sieben Protokoll-Basisfunktionen 1. Segmentation / Reassembly 2. Encapsulation 3. Connection Control 4. Ordered Delivery 5. Flow Control 6. Error Control 7. Multiplexing / Demultiplexing häufig werden weitere, zum Teil moderne Funktionen genannt, unter anderem Addressing (keine Funktion im eigentlichen Sinne, in nahezu jedem Protokoll vorhanden) Congestion Control (Staukontrolle bzw. Stauvermeidung im Netz, s. TCP) Transport Service (z. B. Quality of Service, Garantie von Dienstgüte) Christian Grimm 29. Oktober 2008 Folie 9

10 1. Segmentation / Reassembly Ablauf der Datenübertragung zwischen zwei Hosts auf Anwendungsschicht findet logische Übertragung einer gesamten Nachricht statt auf unteren Schichten ht wird Nachricht ht in mehrere PDUs unterteilt t Sender Empfänger Aufteilen der Nachricht in PDUs (Segmentation) Zusammenfügen der PDUs zur ursprünglichen Nachricht (Reassembly) Motivation für Segmentation / Reassembly das Netz akzeptiert nur PDUs bis zu einer bestimmten maximalen Länge Längen werden z. B. als 16-Bit Integer angegeben (d. h. max Bit oder 64 kbyte) Zugriff auf das Übertragungsmedium wird durch Zugriffsprotokoll zeitlich begrenzt Fehlerkontrolle bei kleineren PDUs effizienter (ggf. Wiederholung einzelner PDUs) kleinere PDUs erfordern kleinere Pufferspeicher in Vermittlungseinrichtungen Segmentation ist eine Voraussetzung für die faire Nutzung der Netzressourcen Christian Grimm 29. Oktober 2008 Folie 10

11 2. Encapsulation eine PDU enthält neben Nutzdaten auch Kontrollinformationen Protocol Control Information (PCI, siehe Teil 2) oder Header und Trailer Hinzufügen der Kontrollinformationen ti zu den Nutzdaten t heißt Encapsulation Kontrollinformationen sind Overhead PDUs können auch ausschließlich Kontrollinformationen enthalten so genannte Kontroll-PDUs, z. B. für Verbindungsauf- und -abbau bei TCP Unterscheidung in drei Arten von Kontrollinformationen addresses Adresse von Empfänger, ggf. auch von Sender error detection code protocol control Informationen zur Fehlerkontrolle/-korrektur (z.b. Prüfsumme) Informationen für die Ausführung weiterer, protokoll- typischer Funktionen Anmerkung Inband-Signalisierung i Kontroll- und dnutzinformationen ti über denselben Kanal Outband-Signalisierung Kontroll- und Nutzinformationen über getrennte Kanäle Christian Grimm 29. Oktober 2008 Folie 11

12 3. Connection Control Dienste: Klassifizierung nach Zuverlässigkeit zuverlässige Dienste alternative ti Begriffe: gesichert, bestätigt, t verbindungsorientiert, i t connection oriented Datenübertragung nur nach vorheriger Abstimmung (Handshake) unzuverlässige Dienste alternative Begriffe: ungesichert, unbestätigt, verbindungslos, connection less Datenübertragung ungeplant bzw. ohne vorangegangene Koordination Phasen der gesicherten Übertragung connection establishment data transfer connection termination Verbindungsaufbau Datenübertragung Verbindungsabbau Phasen der ungesicherten Übertragung data transfer Datenübertragung Christian Grimm 29. Oktober 2008 Folie 12

13 4. Ordered Delivery Problem Sender und Empfänger kommunizieren über komplex vermaschte Netze es existieren mehrere mögliche Pfade zwischen Sender und Empfänger Pfad kann sich während der Übertragung ändern d. h. PDUs können in veränderter Reihenfolge beim Empfänger eintreffen Lösung jede PDU enthält eine eindeutige, kontinuierliche Sequence Number (Folgenummer) Empfänger kann anhand der Sequence Number PDUs folgegerecht ordnen Anmerkung typisches Problem bei Paketvermittlung tritt bei Leitungsvermittlung nicht auf, da nur ein eindeutiger Pfad existiert! Christian Grimm 29. Oktober 2008 Folie 13

14 5. Flow Control Problem eingehende PDUs müssen vom Empfänger unverzüglich verarbeitet werden unverzügliche Verarbeitung kann aber nicht garantiert t werden Auswertung des Headers benötigt z. T. erhebliche Ressourcen (CPU, Memory) Prozesse höherer Priorität können Ressourcen blockieren verzögerte Verarbeitung führt zu Verlust der nachfolgenden PDUs schwacher Empfänger wird von starkem Sender mit PDUs überflutet Lösung Empfänger allokiert Warteschlange (Speicher) mit n maximaler Länge einer PDU empfangene PDUs werden bis zur Verarbeitung in Warteschlange abgelegt Empfänger teilt Sender die Größe des freien Bereichs in Warteschlange mit hierzu Einsatz separater Kontroll-PDUs oder reservierte Felder in PCI Sender sendet höchstens entsprechende Anzahl PDUs Senden weiterer PDUs erfolgt erst nach neuer Meldung des Empfängers Christian Grimm 29. Oktober 2008 Folie 14

15 6. Error Control Problem PDUs werden fehlerhaft übertragen oder gehen bei der Übertragung verloren Lösung Einsatz von Acknowledgements und Prüfsummen Beispiel: PAR-Protokolle (positive acknowledgement with retransmit) positive acknowledgements Empfänger bestätigt (quittiert) den Erhalt jeder PDU mit einem Acknowledgement (ACK) retransmission after timeout mit jeder gesendeten PDU wird ein Timer gestartet der Ablauf des Timers signalisiert, dass PDU oder ACK fehlerhaft übertragen wurde nach Ablauf des Timers wird PDU erneut gesendet Nachteil: steter Wechsel von Nutzdaten und Acknowledgements auf dem Netz Verbesserung: Sliding Window Protokolle ein Acknowledgement kann korrekten Empfang mehrerer PDUs bestätigen Christian Grimm 29. Oktober 2008 Folie 15

16 6. Error Control: PAR-Protokoll Frage: muss PDU für PAR eine Sequence Number enthalten? Timeout- Intervall Sender 1 2 Empfänger Sender Empfänger 1 1 Timeout X läuft ab ACK ACK ACK t t t t Timeout läuft ab Sender 1 1 X Empfänger 1 ACK 1 Duplikat! Timeout läuft ab Sender Empfänger ACK 1 Duplikat! ACK t t t Antwort: ja, Empfänger muss Duplikate erkennen können! ACK t Christian Grimm 29. Oktober 2008 Folie 16

17 6. Error Control: PAR-Protokoll Frage: muss ACK auch eine Sequence Number enthalten? Empfänger 1 ACK 2 ACK Duplikat von PDU 2 wird erkannt ACK wartet aber auf PDU 3 t X Sender t Timeout läuft ab ACK für 2. PDU 2 falsch, führt aber noch nicht zu Fehler ACK für PDU 3 falsch, führt zu Fehler Antwort: ja, ohne Sequence Number in ACKs kann der Sender die ACKs nicht sicher den PDUs zuordnen und Verluste von PDUs nicht sicher feststellen Christian Grimm 29. Oktober 2008 Folie 17

18 7. Multiplexing / Demultiplexing Ziel gleichzeitige Übertragung verschiedener Datenströme über gemeinsame Komm.kanäle Problem Datenströme müssen an beliebigen Orten gemischt werden können Datenströme müssen an beliebigen Orten wieder eindeutig ggf. nur partiell aufgeteilt werden können Anwendung Beispiel: TCP/IP-Stacks zwischen zwei kommunizierenden Hosts FTP HTTP DNS TFTP FTP HTTP DNS TFTP TCP UDP TCP UDP IP IP Sicher. 1 Sicher. 2 Sicher. 3 Sicher. 1 Sicher. 2 Sicher. 3 Bitüb. 1 Bitüb. 2 Bitüb. 3 Bitüb. 1 Bitüb. 2 Bitüb. 3 vgl. auch TDM und FDM aus Teil 1 Christian Grimm 29. Oktober 2008 Folie 18

19 Anforderungen von Anwendungen Paketverluste (Packet Loss) Anwendungen verlangen eine garantierte verlustfreie Übertragung Paketverluste t müssen erkannt und durch Retransmits behoben b werden Anwendungen können bei geeigneter Codierung Paketverluste tolerieren Datenrate Timing Paketverluste haben lediglich Qualitätsverlust, aber keinen Informationsverlust zur Folge Anwendungen verlangen eine garantierte minimal zur Verfügung stehende Datenrate unterschreiten der Datenrate über längeren Zeitraum führt zu Versagen des Dienstes Anwendungen nutzen die maximale, momentan zur Verfügung stehende Datenrate Datenrate darf variieren, vorübergehend auch gegen 0 gehen (best effort, elastic) Anwendungen verlangen strikte Einhaltung zeitabhängiger Parameter maximale Verzögerung für jede PDU (Delay, Latenz) maximale Verzögerung zwischen aufeinander folgenden PDUs (Jitter) Nichteinhaltung der Grenzen über längeren Zeitraum führt zu Versagen des Dienstes Anwendungen tolerieren Verzögerungen im Rahmen der natürlichen Grenzen Delay darf z. B. nicht länger als Timeout für Retransmit sein Christian Grimm 29. Oktober 2008 Folie 19

20 Klassifizierung von Anwendungen Anwendung Verluste Datenrate Latenz Jitter TELNET FTP WWW nein nein nein nein best effort best effort best effort best effort max. 500 ms beliebig beliebig beliebig beliebig beliebig beliebig beliebig Voice over IP Video Conferencing tolerant tolerant kbps kbps max. 300 ms max. 300 ms max. 100 ms max. 100 ms Streaming-Audio Streaming-Video tolerant tolerant kbps kbps wenige Sekunden wenige Sekunden beliebig beliebig interaktive Spiele tolerant wenige kbps max. 150 ms kleiner als Latenz Datenbanken Finanzdienste nein nein best effort best effort je nach Anwendung möglichst gering beliebig beliebig Anmerkungen Angaben zum Teil stark abhängig von der Implementierung wie Transportprotokolle diese Anforderung erfüllen, folgt im Rahmen der Vorlesung Christian Grimm 29. Oktober 2008 Folie 20

21 TELNET Ziel bidirektionaler byte-orientierter Kommunikationskanal zu einem entfernten Host ursprünglich: Kommunikation mit einem entfernten t Terminal (Eingabe und Ausgabe) Spezifikation J. Postel, J. Reynolds. TELNET Protocol Specification. RFC 854, Mai 1983 J. Postel, J. Reynolds. TELNET Option Specification. RFC 855, Mai 1983 beide RFCs bilden Internet Standard No. 8 Eigenschaften von Telnet setzt zuverlässiges Transportprotokoll (TCP) voraus zwischen Client und Server wird genau eine Verbindung aufgebaut (Portnumber 23) Signalisierung erfolgt innerhalb des Zeichenstroms (inband signalling) sämtliche Daten werden unverschlüsselt übertragen, auch Username / Password um hohe Reaktionszeiten zu erreichen, wird jedes Zeichen in einer PDU gesendet Zeichen werden als 7-Bit US-ASCII übertragen TELNET gilt als die TCP-basierte Basisapplikation des Internet wir sehen später warum Christian Grimm 29. Oktober 2008 Folie 21

22 Architektur des TELNET-Dienstes TELNET-Client TELNET-Server GUI Options Options NVT * Daten 23 NVT Prozesse auf Server NVT GUI Network Virtual Terminal Graphical User Interface Portnumber Christian Grimm 29. Oktober 2008 Folie 22

23 TELNET Network Virtual Terminal Endpunkte der Kommunikation zwischen TELNET-Client und TELNET-Server steuert t von entferntem t Host gestartete t t Prozesse auf TELNET-Server Probleme bei der Kommunikation mit entfernten Terminals es existieren zahlreiche Terminals mit verschiedenen Eigenschaften Codierung der Zeichen, Farbe oder S/W, Auflösung (z. B. 80x25), Darstellung des Zeilenumbruchs, Übertragungsraten, ANSI, VT100, VT101, VT102, VT105, VT125, VT13X, VT220, VT240, VT320, VT330, der genaue Typ des entfernten Terminals ist in der Regel unbekannt Kommunikationspartner müssen sich auf gemeinsame Parameter einigen Einigung auf gemeinsame Parameter während des Verbindungsaufbaus werden gegenseitig Parameter verhandelt Hosts rufen spezifische Parameter ab, nehmen sie an oder lehnen ab Zeichenfolge 0xFF (Interpret As Command, IAC) leitet Kontrollinformationen ein nach IAC folgt Zeichen Do (0xFD), Don t (0xFE), Will (0xFB) oder Won t (0xFC) danach definierte Werte, z. B. 0x18 für Terminal, 0x1F für Auflösung (z. B. 80x25) Christian Grimm 29. Oktober 2008 Folie 23

24 Beispiel für Aushandeln von Parametern Christian Grimm 29. Oktober 2008 Folie 24

25 File Transfer Protocol Ziel Dateien auf entfernten Hosts ablegen oder von entfernten Hosts abrufen Spezifikation J. Postel, J. Reynolds. File Transfer Protocol (FTP). RFC 959, Oktober 1985 auch als Internet Standard No. 9 Eigenschaften von FTP setzt zuverlässiges Transportprotokoll (TCP) voraus verwendet zwei getrennte Kanäle (outband signaling) für auf Portnumber 20 Transfer der Nutzdaten auf Portnumber 21 Kontrollinformationen ti bzw. Steuerung FTP-Server ist statusbehaftet Authentifizierung gilt z. B. für die Dauer der gesamten Kontrollverbindung sämtliche Daten werden unverschlüsselt übertragen, auch Username / Password lässt bei Bedarf Konvertierung von Zeichen während der Übertragung zu typisch: verschiedene Darstellung von Zeilenumbrüchen auf Windows, UNIX oder MAC Christian Grimm 29. Oktober 2008 Folie 25

26 Architektur des FTP-Dienstes FTP-Client FTP-Server GUI Client PI * Steuerung 21 Server PI Client DTP ** Nutzdaten 20 Server DTP Disk Disk PI DTP GUI Protocol Interpreter Data Transfer Process Graphical User Interface Portnumber Christian Grimm 29. Oktober 2008 Folie 26

27 Syntax in FTP FTP-Client sendet definierte Kommandos, ggf. mit Parametern Auswahl typischer Kommandos können je nach FTP-Server variieren CONNECT und CLOSE USER und PASS GET / RETR, PUT / STOR und DEL DIR / LIST / LS ASCII / BINARY PORT Verbindung mit FTP-Server aufbauen und beenden Eingabe von Username und Password Datei abrufen, ablegen und löschen zeige aktuelles Verzeichnis auf FTP-Server an setze / verhindere Zeichenkonvertierung teilt Server den Port auf Client für Übertragung der Nutzdaten mit FTP-Server antworten t mit definierten i Statuscodes, t z. B. 220 Service ready for new user. 221 Service closing control connection. Logged out if appropriate. 226 Closing data connection. Requested file action successful. 230 User logged in, proceed. 331 User name okay, need password. 550 Requested action not taken. File unavailable (e.g., file not found, no access). Christian Grimm 29. Oktober 2008 Folie 27

28 Ablauf Login und Logout auf FTP-Server Login Logout * * * * * * * * * * Christian Grimm 29. Oktober 2008 Folie 28

29 Ablauf Datenübertragung in FTP Datei abrufen Datei ablegen * * * 21 * 21 ** ** ** ** ** ** * * Datei abrufen (Fehler!) * * * Christian Grimm 29. Oktober 2008 Folie 29

30 Komponenten der Electronic Mail Mailreader, User Agents (UA) Verfassen von s Versenden von s über einen Mailserver Abrufen eingehender s von einem Mailserver Verwalten der Mailbox auf einem Mailserver Mailbox ist der Speicher für eingehende oder archivierte i s auf dem Mailserver Mailserver legen eingehende s der Nutzer in deren Mailbox ab empfangen von Nutzern gesendete s und leitet sie an andere Mailserver weiter Ermittlung des korrekten Mailserver des Empfängers s müssen gespeichert werden, falls Mailserver des Empfängers nicht erreichbar ist Protokolle Simple Mail Transfer Protocol (SMTP) Post Office Protocol (POP) Internet Message Access Protocol (IMAP) Christian Grimm 29. Oktober 2008 Folie 30

31 Architektur der Electronic Mail Mailserver Mailserver Mailreader Mailreader Mailreader Mailreader Mailreader Mailreader Mailserver Queue für ausgehende s Mailboxen der Nutzer SMTP POP oder IMAP Christian Grimm 29. Oktober 2008 Folie 31

32 Simple Mail Transfer Protocol Ziel Transfer von s zwischen Mailservern Transfer von s von Mailreader an Mailserver Spezifikation J. Klensin (Ed.). Simple Mail Transfer Protocol. RFC 2821, April 2001 RFCs 821 (August 1982) und 1870 (November 1995) bilden Standard No. 10 Eigenschaften von SMTP setzt zuverlässiges Transportprotokoll (TCP) voraus Kontroll- und Nutzinformationen werden über einen Kanal (Port 25) übertragen Mailserver tauschen gegenseitig s aus jeder Mailserver ist Client und Server Daten werden unverschlüsselt übertragen sämtliche s müssen in 7-Bit US-ASCII codiert werden können! Ablauf: Verbindungsauf- und -abbau (Handshake, Greeting), Datenübertragung Syntax der Kommandos ähnlich zu FTP definierte Kommandos mit Parametern vom SMTP-Client SMTP-Server antwortet durch definierte Statuscodes Christian Grimm 29. Oktober 2008 Folie 32

33 Beispiel: Ablauf Simple Mail Transfer Protocol Abbau Datenüb ertragung Verb bindungsauf fbau $> telnet foo.uni-hannover.de foo.uni-hannover.de ESMTP Sendmail ; Tue, 28 Oct :07: (CET) HELO bar.rvs.uni-hannover.de 250 foo.uni-hannover.de Hello bar.rvs.uni-hannover.de [ ], pleased to meet you MAIL FROM: rvs hannover Sender ok RCPT TO: Recipient ok DATA 354 Enter mail, end with "." on a line by itself Subject: TEST testing h9se7tmo Message accepted for delivery QUIT foo.uni-hannover.de closing connection $> Christian Grimm 29. Oktober 2008 Folie 33

34 Beispiel: empfangene Teil 2 Teil 1 Received: from foo.uni-hannover.de (foo.uni-hannover.de [ ]) by hawaii.rvs.uni-hannover.de ( Sun/8.12.8) with SMTP id h9se9ol for <grimm@hawaii.rvs.uni-hannover.de>; Tue, 28 Oct :09: Received: from bar.rvs.uni-hannover.de (bar.rvs.uni-hannover.de [ ]) 1 17]) by foo.uni-hannover.de (8.12.9/8.12.2) with SMTP id h9se7tmo for grimm@rvs.uni-hannover.de; Tue, 28 Oct :08: (CET) Date: Tue, 28 Oct :07: (CET) From: christian@bar.rvs.uni-hannover.de rvs hannover Message-Id: < h9SE7Tmo005792@foo.uni-hannover.de> Subject: TEST testing Erläuterung Teil 1 Mailreader auf Host bar.rvs.uni-hannover.de sendet an grimm@rvs.uni- hannover.de über Mailserver foo.uni-hannover.de Erläuterung Teil 2 Mailserver foo.uni-hannover.de ermittelt Mailserver für die Domain rvs.unihannover.de: hawaii.rvs.uni-hannover.de Mailserver foo.uni-hannover.de sendet an grimm@hawaii.rvs.uni- hannover.de auf fmailserver hawaii.rvs.uni-hannover.de i h Christian Grimm 29. Oktober 2008 Folie 34

35 Erweiterung: Multipurpose Internet Mail Extensions Ziele Übertragung binärer Daten in s Anhängen von Dateien an s (Attachments) t Spezifikation N. Freed, N. Borenstein. Multipurpose Internet Mail Extensions (MIME) Part One: Format of Internet Message Bodies. RFC 2045, November N. Freed, N. Borenstein. Multipurpose Internet Mail Extensions (MIME) Part Two: Media Types. RFC 2046, November Eigenschaften erweitert SMTP um zusätzliche Header (MIME-Header) Header Content-Type: gibt Typ der binären Daten an (MIME-Type) Headern Content-Encoding: gibt Codierung der binären Daten an eine darf mehrere Attachments t enthalten ohne Angabe von MIME-Headern wird weiterhin Text mit 7-Bit US-ASCII erwartet Christian Grimm 29. Oktober 2008 Folie 35

36 Syntax MIME-Header Header Content-Type: Aufbau: Content-Type: type/subtype; parameters anhand subtype wird häufig externe Applikation (Viewer) gestartet t t die Angabe von Parametern ist optional Beispiele für type/subtype text image audio video application multipart plain, html, Parameter enthält z. B. Zeichensatz jpeg, jpg, gif basic (8-bit mu-law encoded), 32kadpcm (32 kbps coding) mpeg, quicktime msword, octet-stream (für beliebige unbekannte binäre Daten) mixed, Parameter gibt Trenner zwischen den Objekten an Header Content-Transfer-Encoding: Aufbau: Content-Transfer-Encoding: mechanism Mailreader kann bei unbekanntem mechanism Inhalt der nicht darstellen typische Verfahren: base64, 7bit, 8bit, binary, quoted-printable Christian Grimm 29. Oktober 2008 Folie 36

37 Beispiel: mit mehreren Attachments From: To: Date: Tue, 28 Oct :09: (CET) Subject: Multipart Test MIME-Version: 1.0 Content-Type: multipart/mixed; boundary= Test Teil 1 nur Text Content-Transfer-Encoding: base64 Content-Type: image/jpeg base64 encoded data base64 encoded data Test Teil 3 wieder nur Text Anmerkungen die boundary darf nicht im Body der vorkommen deshalb wird in der Regel eine lange Folge zufälliger Zeichen gewählt anhand der boundary sind Rückschlüsse auf den Mailreader möglich Christian Grimm 29. Oktober 2008 Folie 37

38 Zugriff auf die Mailbox bisher betrachet: SMTP Transfer von s zwischen Mailservern Transfer von s zwischen Mailreader und Mailserver (nur diese Richtung!) Frage: wie kann Mailreader auf eingehende s zugreifen SMTP SMTP? Mailserver Mailreader Mailserver Mailreader Antworten Post Office Protocol Version 3 (POP3, RFC 1939, Mai 1996) s werden vom Mailserver auf lokalen Host geladen und ggf. auf Mailserver gelöscht s werden verteilt aufbewahrt, bei Wechsel der Clients wird Mailbox inkonsistent Internet Message Access Protocol Version 4 (IMAP4, RFC 1730, Dezember 1994) s bleiben auf Mailserver in der Regel keine Kopien auf lokalem Host Zugriff auf eindeutigen Server, d. h. Mailbox bleibt auch bei Wechsel der Clients konsistent Zugriff über HTTP mit WWW-basierten -Diensten Christian Grimm 29. Oktober 2008 Folie 38

39 Semantische Komponenten des World Wide Web Adressierung der Ressourcen Uniform Resource Locator (URL) Syntax <protocol>://<address>[<:port>]/<filename> Beispiel Übertragung der Daten Hypertext Transfer Protocol (HTTP), ab Folie 42 Darstellung der Informationen ursprünglich heute Hypertext Markup Language (HTML) angelehnt an Standard d Generalized Markup Language (SGML) aber nicht konform dazu Ende der Entwicklung von HTML mit Version 4.01 Extensible HyperText Markup Language (XHTML) basiert auf Extensible Markup Language (XML) konform zu SGML zusätzlich Synchonized Multimedia Integration Language (SMIL) zur Darstellung und Steuerung multimedialer Inhalte Christian Grimm 29. Oktober 2008 Folie 39

40 Software-Komponenten des World Wide Web WWW-Server Empfang von HTTP-Requests Auswerten der URL nach dem gewünschten Objekt Lesen des Objekts aus dem Dateisystem Übertragen des Objekts in einer HTTP-Response WWW-Clients Interpretieren eingegebener URLs Abruf der Objekte von WWW-Servern Interpretieren des abgerufenen HTML-Codes Darstellung der Informationen automatischer Abruf eingebetteter Objekte Ausführen von Programmcode (JavaScript, ActiveX) Ausführen und Steuern zusätzlicher Programme (Plug-Ins) Christian Grimm 29. Oktober 2008 Folie 40

41 Software-Komponenten des World Wide Web WWW-Proxy-Server und WWW-Cache-Server zwischen WWW-Server und WWW-Client geschaltete Server leiten HTTP-Requests von WWW-Clients an WWW-Server leiten HTTP-Responses von WWW-Servern an WWW-Clients zurück sind definierte Durchgangspunkte für WWW-Verkehr interessant für Security HTTP-Request HTTP-Request HTTP-Response HTTP-Response WWW-Client WWW-Proxy-Server WWW-Cache-Server WWW-Server besondere Eigenschaften von WWW-Cache-Servern übertragene durchgereichte Objekte werden gespeichert bei erneutem Abruf wird Objekt unmittelbar aus Speicher ausgeliefert Frage: wie kann WWW-Cache-Server Aktualität der Objekte garantieren? Christian Grimm 29. Oktober 2008 Folie 41

42 Grundlegende Eigenschaften von HTTP HTTP setzt TCP als zuverlässiges Transportprotokoll voraus HTTP ist nicht statusbehaftetsbehaftet jede Folge von HTTP-Request und HTTP-Response wird unabhängig von vorangegangenen Übertragungen bearbeitet Aufhebung dieses Prinzips durch Cookies HTTP-Messages bestehen aus Header und Body Header enthält Kontrollinformationen ti inline signaling Kontrollinformationen werden im Klartext (ASCII-Zeichen) übertragen Body enthält das übertragene Objekt ein HTTP-Request kann auch Nutzdaten t enthalten z. B. Eingaben aus Formular, Password Christian Grimm 29. Oktober 2008 Folie 42

43 Aufbau HTTP-Request und HTTP-Response HTTP-Request Request-Line GET /test/index.html HTTP/1.1 General-Header Date: Fri, 21 Sep :45:41 GMT... Request-Header Host: User-Agent: Mozilla/4.76 [en]... HTTP-Response Status-Line HTTP/ OK General-Header Date: Fri, 21 Sep :45:42 GMT... Response-Header Server: Apache/ Entity-Header Entity-Header Last-Modified: Tue, 4 Sep :59:03 GMT Content-Type: text/html Message-Body Carriage Return Line Feed Message-Body <HTML> <BODY> Hello world. </BODY> </HTML> Carriage Return Line Feed Christian Grimm 29. Oktober 2008 Folie 43

44 Verbindungs-Management von HTTP in HTTP/0.9 und HTTP/1.0 jedes Objekt erfordert eigene Verbindung zwischen WWW-Client und WWW-Server Abbau der Verbindung erfolgt implizit it nach Beendigung der Übertragung Abbau der Verbindung wird in der Regel durch WWW-Server initiiert Vorteil: sehr einfach zu implementieren Nachteil: durch häufigen Auf- und -abbau von Verbindungen geringe Performance diese Situation führte zur Einführung nicht standardisierter Varianten Ziel: bessere Performance Preis: hoher Bedarf an Ressourcen im Netz und auf den WWW-Servern wesentliche Ursache für den Zusammenbruch des Internet durch das WWW in HTTP/1.1 über eine bestehende Verbindung zwischen WWW-Client und WWW-Server können mehrere Objekte übertragen werden Abbau der Verbindung erfolgt explizit nach Beendigung der Übertragung Abbau der Verbindung wird in der Regel durch WWW-Client initiiert komplex, dafür bessere Performance bei geringem Bedarf an Ressourcen Christian Grimm 29. Oktober 2008 Folie 44

45 Verbindungs-Management von HTTP HTTP/0.9 und HTTP/1.0 alle Objekte werden nacheinander übertragen für jedes Objekt wird eine Verbindung auf- und wieder abgebaut b WWW-Server initiiert Verbindungsabbau und signalisiert so Ende der Übertragung untersuche HTML-Seite auf eingebettete Objekte WWW- Server Verbindungsaufbau TCP Verbindungsabbau TCP Verbindungsaufbau TCP Verbindungsabbau TCP t WWW- Client HTTP-Request HTML-Seite HTTP-Response HTML-Seite HTTP-Request 1. Bild HTTP-Response 1. Bild t Christian Grimm 29. Oktober 2008 Folie 45

46 Verbindungs-Management von HTTP The Internet is suffering from the effects of the HTTP/1.0 protocol, which was designed without understanding of the underlying TCP transport protocol. J. Gettys, H. F. Nielsen. SMUX Protocol Specification World Wide Web Consortium, Juli 1998 Christian Grimm 29. Oktober 2008 Folie 46

47 Verbindungs-Management von HTTP Multiple Simultaneous Connections die Netscape-Methode untersuche HTML-Seite bereits während des Empfangs auf eingebettete Objekte öffne sofort weitere Verbindungen zum WWW-Server, um diese Objekte abzurufen setzt mehrere parallele WWW-Prozesse auf WWW-Server voraus untersuche HTML-Seite auf eingebettete t Objekte WWW- Server Verbindungsaufbau TCP Verbindungsabbau TCP t WWW- Client HTTP-Request HTML-Seite HTTP-Response HTML-Seite t WWW- Server Verbindungsaufbau TCP Verbindungsabbau TCP t WWW- Client HTTP-Request 1. Bild HTTP-Response 1. Bild t Christian Grimm 29. Oktober 2008 Folie 47

48 Verbindungs-Management von HTTP Persistent Connections (engl. dauerhaft) ab HTTP/1.1, erste Implementierungen auch als Erweiterung von HTTP/1.0 Verbindungen werden nicht nach jedem Objekt automatisch ti abgebaut b aufgebaute Verbindung wird für die Übertragung mehrerer Objekte genutzt WWW-Client muss dass Ende eines Objekts selbständig erkennen durch Angabe von Dateigröße im HTTP-Header H des Objekts und Vergleich mit den empfangenen Bytes des Objekts zusätzliche Signalisierung für Abbau der Verbindung notwendig korrekte Timeouts auf WWW-Server notwendig Ressourcen von fehlerhaften Verbindungen müssen nach Timeout freigegeben werden untersuche HTML-Seite auf eingebettete Objekte WWW- Server Verbindungsaufbau TCP Verbindungsabbau TCP t WWW- Client HTTP-Request HTML-Seite HTTP-Response HTML-Seite HTTP-Request 1. Bild HTTP-Response 1. Bild t Christian Grimm 29. Oktober 2008 Folie 48

49 Verbindungs-Management von HTTP Request Pipelining ab HTTP/1.1 Kombination von Multiple l Simultaneous Connections und Persistent t Connections Requests können parallel gesendet werden, Responses werden sequentiell gesendet das empfohlene Verfahren seit HTTP/1.1 untersuche HTML-Seite auf eingebettete Objekte WWW- Server Verbindungsaufbau TCP Verbindungsabbau TCP t WWW- Client HTTP-Request HTML-Seite HTTP-Response HTML-Seite HTTP-Response 1. Bild HTTP-Response 2. Bild t t dieselbe TCP-Verbindung HTTP-Request 1. Bild HTTP-Request 2. Bild t Christian Grimm 29. Oktober 2008 Folie 49

50 Weitere Entwicklung von HTTP Now that both HTTP extensions and HTTP/1.1 are stable specifications, W3C has closed the HTTP Activity. The Activity has achieved its goals of creating a successful standard that addresses the weaknesses of earlier HTTP versions. World Wide Web Consortium Dezember 2001 Christian Grimm 29. Oktober 2008 Folie 50

51 Caching im World Wide Web Caching ist eine in der Datenverarbeitung bewährte Methode zur Schonung von Ressourcen zur Reduzierung von Zugriffszeiten Cache-Speicher A small fast memory holding recently accessed data, designed to speed up subsequent access to the same data. (Dict. of Computing) Nutzen für World Wide Web Reduzierung der Wartezeiten Reduzierung von WWW-Verkehr in den Netzen Reduzierung der Last auf den WWW-Servern Browser-Cache vom Browser reservierte Bereiche im Hauptspeicher und auf der Festplatte Nutzen: häufiges Vor- und Zurückblättern in abgerufenen WWW-Inhalten WWW-Cache-Server eigenständige Instanz im in der Regel lokalen Netz Nutzen: verschiedene Nutzer rufen dieselben Inhalte aus dem WWW ab Christian Grimm 29. Oktober 2008 Folie 51

52 Abfrage durch 1. WWW-Client Internet WiN HTTP Uni H Christian Grimm 29. Oktober 2008 Folie 52

53 Abfrage durch 2. WWW-Client Internet WiN HTTP Uni H Christian Grimm 29. Oktober 2008 Folie 53

54 Abfrage durch 1. WWW-Client über WWW-Cache Internet HTTP WiN WWW-Cache-Server Uni H HTTP Christian Grimm 29. Oktober 2008 Folie 54

55 Abfrage durch 2. WWW-Client über WWW-Cache Internet HTTP WiN Uni H HTTP Christian Grimm 29. Oktober 2008 Folie 55

56 Beurteilung der Aktualität von WWW-Objekten WWW-Cache-Server bieten nur eine schwache Konsistenz Kommunikation mit dem WWW-Server wird zugunsten kurzer Antwortzeiten vermieden Beurteilung der Aktualität lediglich anhand Heuristik keine Garantie! die Header der HTTP-Responses enthalten Timestamps Datum der letzten Änderung Last-modified: Fri, 11 Oct :34:02 GMT ggf. Verfallsdatum Expires: Fri, 30 Oct :59:59 GMT Beurteilung der Aktualität durch Heuristik anhand des aktuellen Datums auf dem WWW-Cache-Server Timestamp aus Header Last-modified: der HTTP-Response Ansatz: seit langer Zeit nicht geänderte Objekt werden wahrscheinlich auch in naher Zukunft noch aktuell konditionale HTTP-Requests bei veralteten Objekten HTTP-Request GET /index.html HTTP/1.0 If-Modified-Since: Fri, 11 Oct :34:02 GMT HTTP-Response 304/not modified Objekt ist noch aktuell 200/Object Objekt ist nicht mehr aktuell, Body enthält das aktuelle Objekt Christian Grimm 29. Oktober 2008 Folie 56

57 Überblick Teil 3 Schichtenmodelle Schnittstellen und Adressierung im TCP/IP-Modell Client/Server-Paradigma Protokoll-Basisfunktionen kti Anwendungen TELNET File Transfer Protocol Electronic Mail World Wide Web Christian Grimm 29. Oktober 2008 Folie 57

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